JP6149298B2 - 金属スクラップ分別 - Google Patents

Description

本発明は、金属スクラップ組成の分光分析を行う目的のために金属スクラップを再処理するための方法に関する。

当今用いられている鋼鉄の大半、特に薄いシートメタルまたは熱間圧延ストリップには生産中または半製品への処理中に腐蝕に対する鋼鉄の保護が目的とされる被覆が施される。特に自動車工業分野では、亜鉛が電解メッキまたは溶融メッキされた鋼鉄製品が用いられることが多い。この他に、薄いシートメタルの場合には、通常先に施されている亜鉛層上に有機物被覆が用いられ、有機物被覆は、例えば、いわゆる白物、すなわち家電品に、湿性塗料／粉末コート塗料系の形態で与えられるかまたはフィルムとして施される。ブリキの場合には、電解による錫メッキが用いられる。ブリキ材は、食品、飲料のための缶の製造に、またエアロゾルスプレー缶の分野においても、用いられ、ブリキ材には塗料またはフィルムの被覆が施されていることが多い。

関係するエコロジー面及び経済面のいずれの観点においても、合金化金属の形態にあるままの鋼鉄スクラップの構成要素である原材料を回収することが望ましい。しかし、鋼鉄スクラップ内の、増え続け、一方では高いことが多い、合金化金属含有量のため、系統的態様でのスクラップ材料のリサイクルが困難になるという問題にここで遭遇する。鋳造工業においては、例えば、自動車工業部門及び風力工業部門において用いるための強度及び高靱性が高い鋳物の製造のため、マンガン、モリブデン及びバナジウムのような、いわゆるパーライトを形成する成分が少ない、鋼鉄スクラップ材が必要とされる。鋼鉄スクラップに施された、状況をさらに一層困難にする、亜鉛被覆も望ましくない。しかし、自動車工業のための深絞り用鋼の製造においては、これらのパーライト形成成分が特に鋼鉄の強度を高めるに役立つ。次いで、腐蝕に対して表面を保護するため、亜鉛被覆が施される。これらの全てが、鋳造工業に不可欠な原材料としての、薄いシートメタルの処理によって産み出される膨大な量のスクラップの使用をかなりの程度まで妨げる理由である。銅または錫のような鋼鉄スクラップのその他の付帯成分は、一方では、冶金手法で排除することができず、適切な機械的／技術的特性に負の効果を有するため、鋼鉄に有害であるが、他方では、片状黒鉛灰色鋳鉄の生産のための優れたパーライト形成成分と見なされ得る。

現在、分析対象に合わない鋼鉄スクラップの合金化成分は、冶金手法の観点から可能な程度まで、鋼鉄製造プロセス中にスラグに変えられる。この結果、かなりの量の実際は有益な原物質が事実上廃棄されるかまたは、経済的態様で再利用され得ることを不可能にする形態に転換される。

便宜の良い手法は、リサイクルされる鋼鉄スクラップを、製鉄工業における二次原材料として用いられる前に、その組成が鋼鉄スクラップから完全にまたは鋼鉄スクラップのかなりの添加により得られる新しく生産される鋳鉄または鋼鉄の組成と一致するように、合金化成分にしたがって分別できる手段を用いるプロセスであろう。しかし、技術の現状では、これは処理される鋼鉄スクラップの全量が、大部分はスクラップが発生したときに既により分けられたままになっている、定められたスクラップ発生場所に由来する場合にしか通常は達成され得ない。しかし、現実には、スクラップ発生時のスクラップ材料の厳密なより分けは例外的なことと見なされている。

スクラップリサイクル部門では、スクラップ処理場においてスクラップ材の合金化成分にしたがってスクラップ材を分別するための努力がなされている。この状況においては、正しく分別されたと想定されるスクラップがより分けておかれ、該当合金化成分を検出するために可搬型光学分析器を用いてランダムに分析される。出所が不確かな新しいスクラップ材もランダムベースで分析される。しかし、そのような分析は、スクラップ片の表面に金属または有機物の被覆がない場合にしか実行できない。したがって、スクラップ片毎に手動研削具を用いてそのような被覆を先に除去してからでなければ、無垢の金属表面の合金化成分の分析を行うことができない。試料をとることは、時間がかかり、費用がかかり、総スクラップ量に対して少ない評価試料数から見て統計的に不十分である。

古スクラップ材のリサイクルはさらに一層問題である。そのような材料は通常、輸送費用を節約できるようにスクラップのバルク密度を高めるために細断されているか、またはスクラップは短いスクラップ長の利用を可能にするために剪断されている。細断または剪断されたスクラップ材の鋼鉄内の合金化成分の分析は統計的に不十分であるだけでなく、現時点では事実上実施不可能でもあり、よって、このようなスクラップ材はそれほど重要ではない目的に用いられることが多く、特に細断されたスクラップは補強用鋼材として用いられるに過ぎないことが多い。しかし、ドイツにおいては、補強用鋼材は現今製造されている鋼鉄製品の内の僅かしか占めていない。すなわち細断されたスクラップ材の大半は輸出され、したがって原材料サイクルから排除されている。

分別システムを起動する目的で金属部が分析され、分別信号が生成される方法が、特許文献１により知られている。分析はパルスレーザビームを用いて実施される。被覆が施されているスクラップ材の場合、表面材料をレーザパルスで蒸発させてから実際の分析が行われる。分別に関しては、異なる材料間だけで、すなわち、例えばアルミニウム成分と銅成分の間だけで、弁別がなされる。この方法は関与する被覆が非常に薄く、分別装置のスループットが低い場合に用いることができるが、＞１０μｍの亜鉛被覆を有する溶融亜鉛メッキスクラップ材の場合で、分別能力が毎時数トンの処理を可能にしたい場合に、技術的観点からも経済的観点からもこの方法が実用になるとは思えない。

独国特許出願公開第３７１８６７２Ａ１号明細書

本発明の課題は、スクラップ材を、組成によって分別されたスクラップのその後の最も経済的な利用を可能にするため、また原材料が最も有効活用されると考えられる限り、その合金化成分にしたがって効率的及び経済的に分別することができる方法を提供することにある。

上記課題は金属スクラップ材を再処理するための、
−表面被覆を除去するために少なくとも１つの流体／液体によって金属スクラップを処理する工程、
−スクラップ材組成を分光分析する工程、
−金属スクラップの組成にしたがって金属スクラップ材を分別する工程、及び
−表面被覆に含まれる金属の回収を目的で流体／液体を処理する工程、
を含む方法により、本発明にしたがって達成される。

本発明にしたがえば、自動化された精密分析を、また組成にしたがって行われる分別による、金属スクラップ片、特に鋼鉄スクラップ片の分別も、実施することができる方法が提供される。この目的のため、好ましくは８００ｐｐｍ以下とすることができる、小量の合金化成分も考慮することができる。さらに５００ｐｐｍ以下、特に１００ｐｐｍ以下、特に好ましくは１０ｐｐｍ以下の量も、分析による検出に好ましく、分別目的のために考慮される。これは、とりわけ、それぞれのスクラップ片について、適する測定位置を前もって決定し、いくつかの測定値をとり、統計的に評価することで達成することができる。これにより、特に精密な組成分析の達成が可能になる。現状技術の範囲内で可能である手法とは異なり、このようにすれば、ある金属を含むスクラップ材を異なる金属を含むスクラップ片からより分けるために大まかに分別することができ、さらに、提供される方法は、スクラップは一般に様々な異なる合金化成分を含むがその含有量はある限度をこえてはならないかまたはそれぞれのリサイクル要件を満たすための規定された範囲内になければならないことも考慮する。この態様においては、これまでリサイクルされていたスクラップ、特に古スクラップ材は、スクラップの組成により、それほど重要ではない用途目的にしか用いることができなかったが、従来よりもかなり多くの量の、発生スクラップを、より高品質の、一層精巧なリサイクル選択肢に利用可能とすることができる。

本発明によって提供されるように、いくつかのプロセスが有利な態様で相互に組み合わされる。すなわち、スクラップ材から表面被覆を除去する目的での流体を用いるスクラップ金属の処理は、この結果、金属被覆を取り去り、このようにしてその後の適切な金属の回収を可能にするために、便宜が良い。主として、これは亜鉛被覆スクラップ材の生産にかなりの量が用いられている亜鉛に関する。意外にも、そのような表面被覆の除去は、その後に、例えば研削具等を用いる機械的方法に必要とされる追加表面処理無しに、スクラップ材の組成を決定するために分光法を用いて分析を実施できるような程度まで、金属基板を露出させることが今はわかっている。したがって、分析に適する光沢面を作製するための、極めて退屈で労力がかかる個々のスクラップ片の選抜及び手動研削具による処理をおこなわずに済ませることができる。適切であると考えられれば、流体で処理された金属スクラップを、まだ付着している残留流体を除去するため、分析を実施する前に乾燥工程にかけることができる。多数の小スクラップ破片の表面研削は不可能であるという事実により表面露出がこれまではほとんど実行可能ではなかった、剪断された古スクラップ材の分析でさえも本発明を用いて実施することができる。さらに、本発明の方法は、研削具を用いる金属スクラップの処理の代わりに流体を用いる金属スクラップの処理による分析に適する光沢面の露出が、表面被覆にまだ存在する金属成分の回収を可能にし、したがって再利用できるというさらなる機会を提供するから、かなりの経済的利益も提供する。金属成分を回収する目的で液体を処理する工程は本発明の方法において経済的に特に重要な結果も含むが、そのような工程は本発明のスクラップ分別が関わる限り絶対に必要とは限らず、よってこの工程を含まないそれぞれの方法も本発明の一部をなすことは当然である。

１つまたはいくつかの流体によるスクラップ片の処理（酸洗い）は、場所及び時間に関して、その後の一片毎のスクラップ分別工程とは別途に実施することができる。意外なことと言えば、酸洗い処理後に残留油膜がスクラップ表面に残り、この結果、錆の形成が大きく遅延され、この錆層の発現は以降の分析工程に全く害を与えないことがわかった。

特に、この状況において関わる表面被覆は、この目的のために極めて普通に用いられる金属の亜鉛及び錫である。特に亜鉛層の除去は酸性溶液またはアルカリ性溶液用いて達成することができ、酸性溶液の使用が、被覆除去が低温においてかなり迅速に行われ得るという事実により、当然好ましい。国際特許出願の国際公開第２０１１/０３８７４６Ａ１号パンフレット及び国際公開第２０１０/０３４４６５Ａ１号パンフレットに説明されているように、酸性脱亜鉛プロセスを用いる場合に、なにもしなければおこる望ましくない鉄の溶解も、油を加えることによるかまたは亜鉛イオンを酸溶液にあらかじめ添加することによって相当な程度まで防止することができる。これは、酸性溶液内の亜鉛イオンが亜鉛の溶解をかなり加速させ、この結果、脱亜鉛されるスクラップ材との接触時間が鉄の溶解がまさに始まるような程度まででしかないように最小限に抑えられる。除去／酸洗いプロセスを分析工程と組み合わせることにより、酸洗いプロセスが特にスクラップ材と流体の間の接触時間に関して適切に調節されるように、スクラップ表面にまだ付着している残留亜鉛層に関する情報を与える連続信号が発生されて、酸洗いプロセスに送られる。この信号により、例えば酸洗いシステムとしてはたらいている振動コンベアの、この態様において酸洗い時間に、続いて鉄の溶解に影響を有する、搬送速度を調節することができる。

これとは別に、溶液から鉄を除去する他の可能な方法、例えば、水酸化物の形態、ジャロサイト（鉄明礬石）、ゲータイト（針鉄鉱）またはヘマタイト（赤鉄鉱）の形態での沈殿、が従来技術により知られている。該当する方法は、とりわけ、「ウルマンス化学技術百科(Ullmanns Enzyklopaedie Technische Chemie))」，第４版，第２４巻，ｐ.６０２及び以降のページ、に見ることができる。酸としては、特に硫酸が用いられ、その濃度は一般に１００〜６００ｇ/ｌ，特に１５０〜５００ｇ/ｌ，例えばほぼ２５０ｇ/ｌである。この酸は一般に１５℃と７０℃の間、好ましくは４０℃と６０℃の間、の範囲の温度で用いられ、酸性溶液と鋼鉄スクラップの間の接触時間は一般に数分で十分である。試験中、わずか６０秒の接触時間であっても十分であることがわかった。

しかし、欧州特許出願公開第０９９６７７４Ｂ１号明細書に説明されているように、脱亜鉛はアルカリ性環境においてもおこる。この目的のため、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムの溶液が一般に用いられ、確実に亜鉛層が十分高速で除去され得るための水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムの量は重量で少なくとも１５％であることが有利である。２時間をこえない時間内での反応の進行を可能にするため、反応温度は＞７５℃とすべきである。亜鉛溶解の速度をさらに一層高めるため、電解腐蝕プロセス、すなわち、亜鉛から亜鉛イオンへの酸化がおこる陽極として亜鉛コンポーネントがはたらき、アルカリ性溶液内で安定な第２の金属が、その上で水素が発生／形成され得る、陰極としてはたらくプロセスによって、亜鉛層の除去を達成することができる。

好ましくは、亜鉛被覆スクラップ片は先行分別されるべきであり、スクラップを亜分類する目的のそのような分別工程は表面被覆のタイプ及び／または外観にしたがうと特に便宜が良い。本発明の意味におけるそのような亜分類は、スクラップ片が適切に先行分別され、いかなる場合も予備分別工程のための手配を必要としないことを意味する。金属スクラップの出所が類似していれば、すなわち家電製品または新車のスクラップであれば、別途の予備分別工程は省略することができる。そうでなければ、大まかな先行分別が有用であると考えられる。この態様においては、スクラップ片がある流体によって、または連続して適用される様々な流体によって、処理されるときに、分析工程の実行時に適切な組成が決定され得るような程度まで表面被覆が全てのスクラップ材から除去されることが保証される。例えば、酸性溶液とアルカリ性溶液のいずれが与えられたタイプのスクラップ材の処理に十分であるか、または与えられたタイプのスクラップに塩化メチレンのような有機酸洗い剤を用いる予備処理を行うべきか否かについての決定は当業者によって容易になされ得る。

表面被覆除去後、スクラップ片を相互に引き離す手段を用いる別の工程が実施されることが有利である。これにより、個々のスクラップ片のそれぞれの組成の、他のスクラップ片または破片が個々のスクラップ片の分析を損なうかまたは妨害することのない、決定が可能になる。

好ましい実施形態は、スクラップ片の位置が−適切にはスクラップ片の相互引離し工程の完了後−また、特にスクラップ片に関する形態／形状に関して、得られた空間情報も、決定される態様を提供する。この決定がなされれば、確定された位置及び得られた空間情報に基づいて組成の分光分析を行うことができる、スクラップ片の場所の自動決定がなされる。用語「位置」は搬送装置上に載っているスクラップ片の位置を指す。スクラップ片が搬送装置によって移動している場合、そのようなスクラップ片の空間における位置は当然変化するが、搬送装置に対しては位置は変化しない。

スクラップ片の位置の決定は、スクラップ片に関する空間データの情報を得るためにもは役立つことができる、３Ｄ走査工程を用いて達成することができる。このようにすれば、スクラップ片の形態／形状を取り込むことができる。スクラップ片に関して、特にそれぞれの形状に関して、得られた空間情報は次いで、分光分析が困難なく実施され得る場所を見いだす目的で、自動的に評価される。この態様においては、成功しない分析工程の数が最小限に抑えられるから、分析の速度をかなり高めることができる。ほとんどの場合、レーザを用いて実現される３Ｄ走査技術は当業者には従来技術から十分に知られており、様々な用途に、例えば、高速試作目的のための歯列弓の形状を決定するため、等に用いられる。この文脈における単なる例として引くため、ダブリュー・アール・スコット(W. R. Scott)，ジー・ロス(G. Roth)による概括報告論文、「自動化三次元物体再構成及び検査のためのビュープランニング(View Planning for Automated Three-Dimensional Object Reconstruction and Inspection)」，ACM Computing Surveys，２００３年、第３５巻，ｐ.６４−９６が参照される。

３Ｄ走査を用いて位置及び形状を取り込む代わりに、他の手法も考えられる。スクラップ片の位置は、例えば、電磁誘導によって決定することができる。この目的のため、例えばコンベアベルトの下側に配された、コイルを備えることができ、コイルは、スクラップ片の位置を電子的に捕捉できるように、コンデンサとともに発振回路を形成する。金属性物体の存在を検出することができる、電磁誘導で動作する装置は基本的に当業者には知られている。

（パルス）レーザを用いるスクラップ片に関する空間情報は、光伝搬時間によるそれぞれのスクラップ片の輪郭線を搬送方向に平行に確立することによって得ることもできる。高さが本質的にまたはスクラップ片毎に大きく異なるスクラップ片に関し、この構成は実測定に用いられる光学プロセスにおける十分精確な焦点合わせを可能にする態様での以降の分析工程に対する準備としてはたらく。取り込まれた空間情報は、鋼鉄スクラップ組成の分析が以降の工程として行われる場所に関する決定を行うために用いられる。輪郭線の決定の結果、測定のサイクルタイムが短縮され、測定精度が高められる。さらに、このようにすれば、コンベアベルトに対するスクラップ片の相対運動の影響が度量衡学的に大幅に軽減される。

スクラップ材の個別のスクラップ片が、例えば、そのようなスクラップ片が他の金属またはプラスチックでつくられた異物であるか、またはその表面被覆が少なくとも１つの流体による処理では除去できていないスクラップ片であるため、分光分析に適していないことが判明した場合、そのようなスクラップ片は分光分析完了後に自動的に選別することができ、分別プロセスから完全に排除することができる。この結果、分別画分の品質の悪化が防止される。

流体によるスクラップ表面の処理は、金属スクラップ材に適する浸漬浴を通過させる形態（浸漬酸洗い）または金属スクラップ表面に流体を吹き付ける形態（スプレー酸洗い）で実施することができる。例えば振動コンベア上で実施される、スプレー酸洗いは、浸漬槽のように中味全体を時々交換する必要はなく、連続ベースで実施できるという利点を提供する。スプレー酸洗いが用いられる場合、用いられた流体はリサイクルを可能にするために溜めておかれるべきである。

次いで、スプレー酸洗い自体にも用いられる振動コンベアを用いてスクラップの搬送をさらに実施することができる。そのようなコンベアは、輸送される媒体を振動によって移動させる、様々な性質のバルク材料に通常用いられる機械式ハンドリングシステムである。振動トラフの形態に設計された代表的な振動コンベアには、搬送方向で上方に傾けられた移動で輸送を実施し、戻る、搬送トラフが装備される。すなわち、この運動は垂直成分を有するだけでなく、搬送方向の水平成分も有する。このようにすれば、輸送される材料は投げ上げられ、搬送トラフが戻り運動を行った後、搬送方向で搬送トラフの搬出端に近い側にある領域に落下する。輸送される材料は搬入端において搬送トラフに入り、材料を上方及び搬出端の方向に少しばかり投げる振動の結果、上述した態様で搬出端に向けて少しずつ「断続的に」移動する。振動コンベアの別の形態は上述タイプの振動トラフとは異なり、「前後」運動だけを行う、すなわち水平方向にだけ運動し、垂直成分は有していない、振動シュートである。したがって、輸送される材料は「投げ上げられる」ことはなく、それぞれの振動により、搬送方向で前方に僅かに滑る。それぞれの振動運動は初め、シュートを搬送方向に移動させ、この移動が急激に停止されるとシュートを逆方向に加速する。スクラップの慣性によって、個々のコンポーネントは毎度進行方向に前方に僅かに滑る。

振動コンベアを用いるスプレー酸洗いはスクラップ片の位置が絶えず変化し、よって全ての面が濡れるという利点を提供する。この効果をさらに強めるため、搬送トラフの底面に、スクラップ片の転がりまたは回転を生じさせるに適する、１つまたはいくつかの段またはその他の障害物を備えることができる。振動コンベアを用いるスクラップ材の処理は、個々のスクラップ片または破片が振動運動によって相互に間断なく接触し、該当面が縁の鋭いスクラップ片によって生じる損傷を受けるという利点を提供する。被覆へのそのような損傷は、ほとんどの場合被覆はパッシベイション層であるから、被覆の除去を簡単にする。そうすることが望ましければ、それを通して流体が出ることができる開口を搬送トラフに設けることができる。搬送トラフの下側で流体を収集すると便宜が良い。

好ましくは、スクラップ片の組成の分光分析はスクラップ片が移動している間に行われる、すなわち本法の全体が連続プロセスの形態で実施されることが好ましい。スクラップ片の位置の決定及びスクラップ片に関する空間情報の取得、該当スクラップ片の分別プロセスからの排除及びスクラップ片の分別のような、別のプロセスも移動中に実施することができることが好ましい。高スループットが達成され得ることを保証するためには、スクラップ片を少なくとも２ｍ/秒の速度で移動させることが有利である。この目的のため、特に輸送コンベアまたはベルトコンベアを用いることができる。

スクラップ片の移動は特に輸送コンベアまたはベルトコンベアを用いて、また振動コンベア、特に振動トラフまたは振動シュートを用いても、おこさせることができる。効率をさらに一層高めるため、処理されるスクラップを、流体に接触するスクラップ面積を大きくする目的で、スクラップを流体に接触させる前に機械的に前処理する、特に、寸法を小さくする、剪断する、粗面化する、及び／または何か他の態様で変形させると便宜が良いであろう。しかし、寸法を小さくしたスクラップ片はそれでも分光分析の実施を可能にするに十分な大きさでなければならない。

特に、さらに有機被覆がある場合には、異なるタイプの被覆を除去するため、金属スクラップをいくつかの異なる流体と次々に接触させることができる。例えば、初めに有機被覆を除去するために剥離剤による処理を実施することができ、続いて金属スクラップ材の脱亜鉛の達成を目的とする硫酸処理を施すことができる。剥離剤として、脂肪族または芳香族の炭化水素、塩素化炭化水素、アルコール、グリコールエーテル、ジカルボン酸エステル及びアセトンのような有機溶剤または同様の手段を用いることができる。塩化メチレンが用いられることが非常に多い。与えられる反応状況に依存して、実施される酸処理またはアルカリ処理の結果として有機被覆を除去することも可能であり、この文脈において、金属表面被覆の溶解によりその上面に施された塗料またはワニスのような他の被覆も除去されることがわかった。この理由は、酸または溶液が他の被覆の表面下に入り込むことができ、よって、金属被覆が溶解してスクラップ鋼鉄基板から離れると、他の被覆が取り付くことができるベースがもはやなくなり、この結果、他の被覆も剥がれることになる。ほとんどの場合に、酸性溶液またはアルカリ性溶液による処理で十分であることが既にわかっている。

次いでスクラップ金属組成を決定するための分光分析をそのようにつくられた光沢面に、従来技術で一般に知られているプロセスを利用して、特に、レーザ分光法、蛍光Ｘ線分光法または光電子分光法のような手法を用いて、実施することができる。高エネルギーの非常に短いレーザパルスが検査される表面上に集束されるレーザ誘起ブレイクダウン分光法（ＬＩＢＳ）プロセスが特に好ましい。レーザパルスは材料を発光プラズマが生じる高温まで励起し、得られる発光は検査下にある材料に固有である。別のプロセスは、小量のサンプルが集束レーザビームによって除去され、得られたサンプルがガス流によって、特性決定が行われる、検出器に運ばれる、レーザアブレーションである。

蛍光Ｘ線分光法の場合、材料試料が高エネルギーＸ線によって励起されて、材料試料内に存在する原子の近核軌道電子がはじき出される。次いで高エネルギー準位にある電子がはじき出された電子の場所を占め、このようにして解放されたエネルギーが、光検出器を用いて評価することができる、元素固有蛍光の形態で放射される。

光電子分光法の場合、初めに、分析される固体内の電子が入射光子によって励起され、次いで表面まで運ばれてから、最終的に光電子の形態で飛び出してくる。光電子の飛出し方向及び運動エネルギーによって固体の組成に関する結論を引き出すことが可能になる。特に、用いられる手法はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）である。

方法は可能な程度まで自動化されることが有用であると考えられる。これにより、金属スクラップ片の分光計センサ通過が可能になるが、センサが金属スクラップ片に沿って／かけて移動するように構成することもできる。好ましくは、また現状技術による普通の用法とは異なり、大きな母集団を評価する目的のためだけのランダムサンプリングはなされず、スクラップ片に関する測定結果の総数が膨大になることを個々のスクラップ片の組成及び合金化成分に関する具体的情報を得る目的で回避するように、分析は、それぞれのスクラップ片についてとられ、次いで統計評価に用いられる、いくつかの、好ましくは複数の、測定値に基づいて実施される。個々の測定点間の好ましい距離は数ｍｍに過ぎない。このようにすれば、低合金微細結晶粒を形成する成分のような非常に小量の合金化添加物であっても検出することができ、分別プロセスにおいて考慮することができる。スクラップ片の組成の分光分析とは別に、本方法は個々のスクラップ片の重量の決定または推定も含む。

さらに、引き続く一工程または複工程の分別プロセスは、金属スクラップの意図される利用に適するように適合されたいくつかの分別基準にしたがって自動的に実施されることが有利であろう。実際上、金属スクラップに含まれる様々な金属に適用できる、例えば、亜鉛、錫、マンガン、銅、クロム、ニッケル、モリブデン、バナジウム及び／またはニオブに対する、上限を定めることができる。多くの用途に対しては、リサイクルされる鋼材がいくつかの元素または成分を全くまたはごく小量しか含んでいないことが決定的に重要である。いくつかの金属の含有量がそれぞれ一定の限度内に保たれ、所望の合金化成分と可能な程度まで一致する合金化成分を得る目的で分別されている金属スクラップが本手法によって得られるような態様で金属スクラップを分別するための構成がなされることも、もちろん考えられる。微細結晶粒形成成分を含むいずれのスクラップ片も選別して排除することも可能である。さらに、分別プロセスは、ある組成をもつスクラップ片を組成が同様の分別区画分に加えることを可能にし、分別画分は次いでそれぞれの合金化成分を必要とするような用途に用いられる。この態様において、合金化成分が例えば銅含有量が高められた組成を目指す合金化成分と可能な程度まで一致する、分別されたスクラップ材が得られる。有益な分別方法は、それぞれの合金化元素の含有量をスクラップ材組成に既に含まれている成分で適切に高めることを可能にすることで、合金化成分の既知の溶融損失挙動を実効的に補償することも可能にする。分別プロセスは、例えば、ベルトコンベアによって連続的に運ばれる金属スクラップがこの目的のために備えられた異なる容器に適切に向けられて収集される、普通に知られている機械的なまたは圧気による手法を用いて実施することができる。

表面被覆の除去に必要な流体は、表面被覆に含まれる金属成分を回収できるように、少なくとも一部はリサイクルされることが有利である。主として、これは、亜鉛被覆スクラップ材量の生産においてかなりな量が用いられている亜鉛に関する。この手法は、そのようにして与えられた流体の処理は、分光分析の実施を可能にするだけでなく、貴重な金属の回収ももたらすから、特に本方法の費用効果を高くする。この場合、流体（酸洗い電解液）から分離された金属塩沈殿物の有機不純物含有量はごく僅かであるべきである。これが達成され得るに適する測定が除去プロセス（酸洗いプロセス）においてなされるべきである。意外にも、与えられた周囲条件の下で、スクラップ置き場から受け取ったスクラップ材量に由来する防錆油またはスクラップの表面１平方ｍ当たり１ｇの量で存在する加工油は、酸洗いプロセス後、迅速かつ完全に凝離し、適切な場所において回収され得ることがわかった。プレス／打抜き作業からの新しいスクラップ材が中間貯蔵を経ずに直接に用いられる場合に当てはまり得る、プロセスへの油入力が多すぎると考えられる場合は、スクラップの表面を先行脱脂処理にかけることができる。この状況においては、亜鉛だけでなく、錫またはクロムも用いられることが多く、これらは回収して再利用することができる貴重な金属である。

少なくとも１つの流体、スクラップ片の相互引離し、位置の決定及びスクラップ材に関する空間情報の取得、及び／またはスクラップ片の組成の分光分析を含む、スクラップ片の処理のプロセス工程は、必要であることがわかれば、１回または数回反復することもできる。例えば、スクラップ材表面がスクラップ片の分別をまだ行えない状態にあることを分光分析が示せば、そのスクラップ片を上述した処理サイクルの工程に再度通すことができる。この目的のため、スクラップ片はまだ付着している表面被覆を除去するために流体で再び処理されることになる。このようにすれば、表面被覆が相次いで除去される。適切な流体は、分光分析の結果に基づいて選ぶことができる。すなわち、ある表面被覆が材料上にまだ存在することが分光分析中に検出されると、該当する被覆を除去することができる流体が、好ましくは自動化態様で、選ばれる。これに続いて、スクラップ材は、他のスクラップ材による誤りのもとになる影響を受けずに、位置及び空間情報の決定により、またその後になされる分光分析によって、分析が実施されることを確実にする目的で、再び相互に引き離される。上に挙げたサイクルも、除去が必要な被覆材料はもう無いことを分光分析の結果が示すまで、数回反復することができる。おそらくは、分別工程を実施できるまで、被覆除去工程及び分光分析工程を反復して実施するだけで十分であろう。

そのようにすることが望ましいかまたは便宜が良いと考えられれば、スクラップ材を選別／排除する工程及び／またはスクラップ材の自動分別工程の他の工程は反復して実施される上述した処理工程のサイクルに統合することもできる。例えば、既に分別工程を行うことが可能になっている状態にあるスクラップ片もあれば、さらなる処理がまだ必要なスクラップ片もあり得る。この場合、後者のスクラップ片は再び流体処理にかける目的で戻される。個別の処理工程を数回実施し、他の処理工程は１回だけ実施することも可能である。

スクラップ片の相互引離しまたは単独化は複数の縦連モジュールの構成を備える態様で達成することができ、それぞれのモジュールは異なる速度でスクラップ片を移動させる。例えば、第１のモジュールは、例えば５ｍ/分の、比較的遅い速度でスクラップ片を移動させることができる。このモジュールは次いでスクラップ片を、例えば１８０ｍ/分の、かなりの高速で前進させる別のモジュールに移送する。このようにすれば、スクラップ片間の距離は大きくなる。すなわち、スクラップ片は個別の分析が可能であるように相互に引き離される、すなわち単独化される。そうすることが望ましいかまたは必要であれば、最低速度で動作するモジュールと最高速度で動作するモジュールの間に別のモジュールを配置することができ、この別のモジュールは中間速度でスクラップ片を移動させる。例えば、代表的な速度順は、５ｍ/分〜２５ｍ/分〜１００ｍ/分〜１８０ｍ/分とすることができる。

必要であれば、位置及び、例えば３Ｄ走査を用いる、空間情報の決定を、また分光分析の実施も、可能にするため、スクラップ片の相互引離し工程後に速度を再び落とすこともできるが、一般にその必要はない。上に挙げたモジュールは振動コンベア及び輸送ベルトコンベアのいずれであっても差し支えなく、低速で動作するモジュールは一般に振動コンベアであり、より高速のモジュールは輸送ベルトコンベアである。特に、最低速度で動作するモジュールは振動コンベア（振動トラフまたは振動シュート）とすることができ、最高速度のモジュールはベルトコンベアとすることができる。相互引離し工程の初めにおける振動コンベアの使用はまた、それらの動作の結果、緩く付着し合っているかまたは相互に連結されているスクラップ片が強制的に相互に引き離されるから、有用である。

したがって、特にスクラップ片の相互引離しは振動トラフをスクラップ片の移動のためのベルトコンベアと適切に組み合わせることで成し遂げられる。それぞれのスクラップ片が振動トラフにおいて重力の数倍の大きさの垂直方向加速成分により得る運動量によって、スクラップ片は初めに振動トラフ領域にわたって一様に拡がることができる。これに続いて、定められたフロー障害物を設けることによってスクラップ片をあらかじめ定められた経路に強制的にしたがわせることができる。スクラップ片は搬送方向に、特に振動トラフからベルトコンベアへの材料移送が行われることにより、加速される。相互に独立に動作するいくつかの、好ましくは少なくとも３つの、速度が制御された区画またはモジュールの速度に意図的に影響を与えることによって、測定が行われる後続区画におけるスクラップ片の相互引離しが達成された。レーン内／経路上のスクラップ片間の距離は、スクラップ片の形状寸法及び、微量の合金化成分が検出されるべきである場合に特に適用される、分析評価に要する時間に依存する。

個々のモジュールの搬送速度の制御は相互引離し目的のために満たされるべき要件を考慮したプロセス制御値によって達成されることが好ましい。この値は、３Ｄ走査またはその他の手法によっていずれにしても行われるスクラップ片の形状及び位置の決定に基づいて便宜良く得られる。

本発明は特に、関連して上述したような問題に遭遇する、大量に発生する鋼鉄スクラップ材の処理に関する。しかし、基本的に、本発明の方法は他の金属スクラップ材に、また表面被覆の結果としてリサイクルが一層困難な場合にも、用いることができる。この文脈においては、特に、アルミニウム、亜鉛及び銅のスクラップが挙げられることになる。表面被覆を除去するためのスクラップの処理はスクラップ材のそれぞれのタイプに合わせるために変わることは当然である。

特に好ましい実施形態にしたがえば、本発明は、亜鉛被覆され、予備分別された、鋼鉄スクラップ片を再処理するための、
−分別に応じて、表面被覆を除去する目的で、酸性溶液またはアルカリ性溶液である少なくとも１つの流体を用いて鋼鉄スクラップ片の処理を行う工程、
−鋼鉄スクラップ片の相互引離しを行う工程、
−鋼鉄スクラップ片の位置の決定を、また鋼鉄スクラップ片に関する空間情報の取得も、行う工程、及び、そのように決定及び取得が行われた位置及び空間情報に基づいて、鋼鉄スクラップ片の、組成の分光分析が可能である場所の自動検出を行う工程、
−複数の合金化成分を検出するために鋼鉄スクラップ片の組成の分光分析を行う工程であって、それぞれの鋼鉄スクラップ片に数回の測定が実施され、自動的に、統計的に評価される工程、
−少なくとも１つの流体による処理後の表面では分光分析を実施できなかった鋼鉄スクラップ材料片の自動選別／排除を行う工程、及び
−組成にしたがって鋼鉄スクラップ片の自動分別を行う工程であって、分別はある合金化成分の含有量がそれぞれの場合において規定された上限をこえないかまたはあらかじめ定められた範囲内にあるという要件に依存して実施される工程、
を含む方法に関する。

Claims (16)

1. 表面被覆を有する金属スクラップを処理する方法において、
   −前記表面被覆を除去するため、少なくとも１つの流体によって前記金属スクラップを処理する工程、
   −前記金属スクラップの小片の位置および形状を特定する工程、
   −前記特定された位置及び形状に基づいて、前記金属スクラップの金属組成の分光分析を実施することができる前記金属スクラップの小片上の場所を決定する工程、
   −前記決定がなされた場所に分光分析を実施することによって、前記金属スクラップの金属組成を特定する工程、
   −前記金属スクラップの前記金属組成にしたがって前記金属スクラップを分別する工程、及び
   −前記表面被覆に含まれる金属を回収するため、前記液体を処理する工程、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記表面被覆が亜鉛または錫を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記流体が酸性溶液またはアルカリ性溶液であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記分光分析が、レーザ分光法、蛍光Ｘ線分光法または光電子分光法を用いて実施されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記分光分析がレーザ誘起ブレイクダウン分光法（ＬＩＢＳ）を用いて実施されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記金属スクラップの前記分別が自動化態様で行われることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記金属スクラップの前記分別が、ある合金化成分の含有量がそれぞれの場合において規定された上限をこえないかまたはあらかじめ定められた範囲内にあるという要件にしたがって行われることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記分別が上限の遵守によって律される金属が、亜鉛、錫、マンガン、銅、クロム、ニッケル、モリブデン、ニオブ及び／またはバナジウムであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記金属スクラップが鋼鉄スクラップを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記金属スクラップの前記金属組成の前記分光分析が、前記金属スクラップの小片が移動している間に行われることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記金属スクラップの小片が少なくとも２ｍ/秒の速度で移動していることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記金属スクラップの小片が前記少なくとも１つの流体による前記処理の後に相互に引き離されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記分光分析の枠組みにおいて、前記金属スクラップの小片のそれぞれについていくつかの測定値をとり、自動化態様で統計的に評価することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記分光分析の後、前記金属スクラップの内の、前記少なくとも１つの流体による前記処理の後の分光分析を行うことができなかった表面を有するような金属スクラップを自動的に選別／排除することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記金属スクラップを、表面被覆のタイプ及び／またはそれぞれの外観に関して予備分別することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記金属スクラップの小片の位置および形状の特定は、３Ｄ走査、電磁誘導、パルスレーザのいずれかによって行われることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。